در سیستم های قدرت مدرن، حفظ ثبات فرکانس برای عملیات قابل اعتماد حیاتی است. Phasors، به عنوان نمایندگی های ریاضی از فرم های موج سینوسی، نقش اساسی در تجزیه و تحلیل و مدیریت پاسخ فرکانس ایفا می کنند.با تبدیل سیگنال های زمان دامنه به بردارهای فرکانسی، phasors مهندسان را قادر می سازد تا رفتار را تحت اختلالات، استراتژی های کنترل طراحی و اطمینان از مطالعات شبکه ای که این مقاله اصول تجزیه و تحلیل قدرت معاصر را بررسی می کند، و تحلیل و تحلیل و تحلیل و تحلیل و تحلیل آن، مزایای آن را به ارمغان می آورد.

درک Phasors

یک phasor یک عدد پیچیده است که هر دو اندازه و زاویه فاز یک تابع سینوسی را کد می کند.برای یک سیگنال زمان-domain مانند ، phasor مربوطه به عنوان (FLT 1 یا به شکل نمایی (FLT:2) بیان می شود.این تبدیل از فرمول اولر برای جایگزینی معادلات دیفرانسیل با الgebraic، عملیات تجزیه و تحلیل تا حد زیادی ساده سازی مدارهای متناوب فعلی (FLT2).

در سیستم های قدرت، ولتاژها و جریانها سینوسی در فرکانس اسمی (به عنوان مثال، 50 یا 60 هرتز) هستند. Phas اجازه می دهد تا مهندسان این سیگنال ها را به عنوان بردارهای استاتیک در فرکانس سیستم حرکت کنند، اندازه نشان دهنده ارزش ریشه (RMS) است، در حالی که زاویه فاز نشان دهنده زمان نسبی به مرجع است.

بنیاد ریاضی

رابطه بین سیگنال های زمانی و دامنه در تجزیه و تحلیل چهار بعدی ریشه دارد.یک تابع سینوسی را می توان به عنوان (FLT:3) بیان کرد، که در آن phasor در مقیاس بزرگ مدارهای AC، قوانین Kirchhoff در شکل phasor، با ناسازگاری ها به عنوان اعداد پیچیده نشان داده می شود که این رویکرد هر گونه تجزیه و تحلیل خطی شبکه را به یک سیستم تجزیه و تحلیل سیستم بزرگ سیستم عامل، معادلات بزرگ تبدیل می کند.

نمایندگی در سیستم های قدرت

در سیستم های قدرت سه فاز، از ویژگی های مثبت و مثبت معمولا برای نشان دادن شرایط متعادل استفاده می شود.برای سناریوهای بی تعادل یا خطا، اجزای متقارن (مثبت، منفی و صفر) تجزیه و تحلیل پودور را گسترش می دهند.این چارچوب برای درک چگونگی انتشار انحراف فرکانس از طریق یک شبکه و سیستم های رله و کنترل محافظت کننده ضروری است.

نقش Phasors در تجزیه و تحلیل پاسخ فرکانسی

تجزیه و تحلیل پاسخ فرکانس بررسی می کند که چگونه یک سیستم قدرت به تغییرات در بار یا نسل واکنش می دهد، که باعث می شود فرکانس از نقطه اسمی آن منحرف شود. Phasors یک عکس فوری از حالت الکتریکی سیستم را در یک لحظه معین ارائه می دهد، به مهندسان اجازه می دهد تا انحراف ها را ردیابی کنند و ثبات را ارزیابی کنند - مانند یک سفر ژنراتور یا یک بار بزرگ ریختن - پویایی سیستم می تواند با سرعت بخشیدن به قدرت و سرعت تغییر سرعت، و سرعت.

تحلیل ثبات سیستم

Phasors برای مطالعات ثبات گذرا ضروری هستند.با مقایسه پیش از دوربرد و اندازه گیری های پس از سواره بر شهرداری، مهندسان می توانند ارزیابی کنند که آیا همگام سازی حفظ شده است یا شاخص کلیدی تفاوت زاویه روتور بین ژنراتورها است؛ اگر این زاویه ها از محدودیت های خاص تجاوز کنند، نوسانات قدرت ممکن است به بی ثباتی افزایش یابد.

نظارت بر فرکانس real-Time

Phasors با تمبر زمان از ماهواره های GPS - شناخته شده به عنوان همگام سازی - اجازه می دهد ردیابی دقیق فرکانس در سراسر مناطق گسترده است.با اندازه گیری نرخ تغییر زاویه فاز، مهندسان می توانند فرکانس فوری در اتوبوس های مختلف محاسبه کنند، این قابلیت پشتیبانی از کنترل اتوماتیک نسل (AGC) و بار پایین (UFLS) طرح های عمل، سرعت موج فعلی را در نمونه های کنترل ثانیه (به عنوان نمونه های بالا در ثانیه) و نمونه های سرعت بالا (g) را در نمونه های سرعت بالا مشاهده می کند.

تاثیر منابع انرژی تجدید پذیر

ادغام منابع انرژی تجدید پذیر متغیر (VRE) مانند باد و خورشیدی چالش های جدیدی را برای پاسخ فرکانس معرفی می کند، این منابع اغلب از طریق الکترونیک برق متصل می شوند، که باعث کاهش توده های درون سیستم و چرخش جدا شده از شبکه می شود. Phas به نظارت بر تغییرات حاصل در فرکانس و نرخ تغییر فرکانس (ROCOF) با تجزیه و تحلیل داده های phasor از الگوریتم های ذخیره سازی اولیه (مانند ذخیره سازی سریع یا کنترل های فرکانس توربین) می تواند کاهش یابد.

مزایای استفاده از Phasors در شبکه های برق مدرن

  • تجزیه و تحلیل پیچیده سینوسی را تقویت می کند.[۱۰] Phasors تبدیل معادلات تفاوت به algebraics، کاهش تلاش محاسباتی در جریان بار، تجزیه و تحلیل خطا و مطالعات ثبات گذرا.
  • ارزیابی سریع ثبات را تسهیل می کند.[۱۰] تفاوت زاویه ای تفاوت های زاویه دید دید مستقیم به جهت جریان قدرت و استرس سیستم را فراهم می کند، اپراتورهای را قادر می سازد تا بی ثباتی بالقوه را قبل از افزایش آن شناسایی کنند.
  • نظارت و کنترل زمان واقعی را فراهم می کند. اندازه گیری های متناقض از PMU پشتیبانی از سیستم های نظارت گسترده (WAMS) که نوسانات بین خوشه ای، فروپاشی ولتاژ و رویدادهای فرکانس در زمان واقعی را تشخیص می دهند.
  • طراحی استراتژی های کنترل را پشتیبانی می کند.[۱۰] داده های مشتق شده از Phasor به کنترل کننده های خودکار مانند سیستم قدرت استبیلایزر (PSS) و سیستم انتقال انعطاف پذیر (FACTS)، افزایش رطوبت.
  • ] افزایش آگاهی از وضعیت برای تجدید پذیرها. Phasors کمک می کند تا پاسخ فرکانس منابع مبتنی بر اینورتر را مشخص کنند، کمک به انطباق کد شبکه و ارزیابی ثبات برای سناریوهای قابل تجدید.

این مزایا باعث می شود که یک تکنولوژی ستون فقرات برای عملیات شبکه مدرن، به ویژه به عنوان سیستم با منابع انرژی توزیع شده و فن آوری های شبکه هوشمند پویا تر شود.

برنامه های جهانی واقعی از واحد های اندازه گیری Phasor (PMUs)

واحد های اندازه گیری Phasor (PMU) دستگاه هایی هستند که اندازه گیری کننده ها با سرعت بالا و زمان- آنها را از طریق GPS. Deployed در سراسر شبکه های انتقال و توزیع، PMU ها پایه نظارت گسترده منطقه، حفاظت و کنترل سیستم های (AMPC) را تشکیل می دهند.به عنوان مثال، خدمات از داده های PMU برای تأیید مدل های پویا، پاسخ های فرماندار و تجزیه و تحلیل پس از وقفه مانند خطوط یا قطع ترافیک استفاده می کنند.

یک برنامه قابل توجه در شناسایی نوسانات فرکانس پایین (0.1-2 هرتز) است که می تواند انتقال قدرت را محدود کند.با انجام تجزیه و تحلیل تعدیل در داده های phasor، مهندسان می توانند حالت های ضعیف را شناسایی کرده و پارامترهای کنترل را تنظیم کنند.The East Interconnection Phasor Project (EIPP) و North American SynchroPhasor Initiative (NASPI) پیشگام این تکنیک های مبتنی بر خواندن در مورد استفاده از آن هستند:

علاوه بر این، PMU ها به طور فزاینده ای برای اعتبار پاسخ فرکانس در شبکه های غنی تجدید پذیر استفاده می شوند IEEE Standard C37.118.1 تعریف الزامات اندازه گیری همگام سازی، اطمینان از همکاری در سراسر فروشندگان.

چالش ها و مسیرهای آینده

علی رغم قدرت آنها، تجزیه و تحلیل مبتنی بر پیت با چالش های عملی مواجه است. حجم داده ها از هزاران PMU می تواند شبکه های ارتباطی و سیستم های ذخیره سازی را مختل کند، که نیازمند فشرده سازی داده های پیشرفته و فیلترینگ است. خطرات امنیت سایبری همچنین به عنوان جریان داده های وابسته به کنترل حلقه ها - ارزش های آسیب دیده یا مخرب می تواند باعث اقدامات نادرست علاوه بر این، دقیق و یا تخمین سریع در طول تغییرات تعادل شود.

روند آینده شامل ادغام یادگیری ماشین با داده های phasor برای پیش بینی گردش فرکانس و طبقه بندی رویدادها است. ظهور سیستم های قدرت کم درون ترشیا تحت سلطه منابع مبتنی بر اینورتر حتی خواستار کنترل های مبتنی بر phasor سریعتر، احتمالا به افزایش سطح زیر چرخه کمک می کند تا تبادل داده ها را از طریق پروتکل هایی مانند IEEE C3711 استاندارد سازی کند و IEC-58.2 به گسترش فرکانس توزیع شده در نهایت ادامه دهد.

نتیجه گیری

Phasors یک پایه تجزیه و تحلیل پاسخ فرکانس سیستم قدرت است.با ساده کردن سیگنال های سینوسی به بردارهای قابل مدیریت، آنها مهندسان را قادر می سازد تا ثبات، تغییرات فرکانس و کنترل های طراحی را ارزیابی کنند که شبکه ها را پایدار و کارآمد نگه می دارد.از استقرار PMU واقعی تا مطالعات پیشرفته ثبات، آفات افزایش آگاهی از وضعیت و حمایت از ادغام منابع انرژی تجدید پذیر، به عنوان سیستم های نظارت سریع شبکه، سرعت افزایش می یابد و سرعت در حال رشد داده ها.